เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดไม่ปล่อยรังสีอินฟราเรดในการวัดอุณหภูมิ?
รังสีวัตถุดำคืออะไร?
สิ่งที่มีอยู่ในโลกก็สมเหตุสมผล และสิ่งที่มีอยู่ก็ไม่มีความหมายและคุณค่าในตัวเอง แสงอินฟราเรดหาได้ยาก มันทำอะไรได้บ้าง? เราสามารถใช้รังสีอินฟราเรดเป็นรีโมทคอนโทรล และเทคโนโลยีการรับรู้ระยะไกลใช้ประโยชน์จากรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นยาว แน่นอนว่ายังมีการวัดอุณหภูมิที่เรากำลังพูดถึงอีกด้วย แล้วเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดใช้รังสีอินฟราเรดในการวัดอุณหภูมิได้อย่างไร? ก่อนอื่น มาทำความเข้าใจการแผ่รังสีของวัตถุดำกันก่อน สิ่งที่เรียกว่าวัตถุสีดำหมายถึงวัตถุสีดำใช่ไหม จริงๆ แล้ววัตถุสีดำเป็นวัตถุในอุดมคติที่สามารถดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกทั้งหมดโดยไม่มีการสะท้อนหรือการส่งผ่านใดๆ ไม่ว่าวัตถุใดก็ตาม ตราบใดที่อุณหภูมิของมันสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ วัตถุนั้นจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการสั่นของคลื่นอนุภาคที่ปล่อยออกมาในอวกาศโดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่อยู่ในเฟสและตั้งฉากกัน เป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในรูปของคลื่น วัตถุสีดำจะดูเป็นสีดำเมื่อมีค่าต่ำกว่า 700K แต่นั่นเป็นเพราะพลังงานรังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุสีดำที่ต่ำกว่า 700K นั้นมีขนาดเล็กมากและความยาวคลื่นรังสีอยู่นอกช่วงแสงที่มองเห็นได้ หากอุณหภูมิของวัตถุสีดำสูงกว่าอุณหภูมิข้างต้น วัตถุสีดำจะไม่เป็นสีดำอีกต่อไป มันจะเริ่มเปลี่ยนเป็นสีแดง และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สีส้ม เหลือง สีขาว และสีอื่นๆ จะปรากฏขึ้น ยกตัวอย่างเหล็กตามกระบวนการอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เหล็กจะเปลี่ยนเป็นสีแดง สีส้ม และสีเหลืองตามลำดับ เมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 1300 องศาเซลเซียส จะเริ่มเปลี่ยนเป็นสีขาวและสีน้ำเงิน เมื่อวัตถุสีดำเปลี่ยนเป็นสีขาว มันจะปล่อยแสงอัลตราไวโอเลตจำนวนมากไปด้วย
ในจำนวนนี้ กำลังการแผ่รังสีต่อหน่วยพื้นที่เรียกว่า p, T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ และ σ คือค่าคงที่ ดวงอาทิตย์ถือได้ว่าเป็นวัตถุสีดำโดยประมาณ ผู้คนวัดพลังงานการแผ่รังสีต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวดวงอาทิตย์เป็น 6×10^7 วัตต์ต่อตารางเมตร จากสูตรข้างต้นสรุปได้ว่าอุณหภูมิพื้นผิวดวงอาทิตย์อยู่ที่ 5,700 เคลวิน หรือ 5,153.7 องศาเซลเซียส นี่เป็นครั้งแรกที่มนุษย์คำนวณอุณหภูมิพื้นผิวดวงอาทิตย์ -
อุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์สามารถวัดอุณหภูมิได้ไกลบนท้องฟ้า ดังนั้นการวัดอุณหภูมิพื้นผิวของร่างกายมนุษย์ที่อยู่ตรงหน้าเราจึงไม่ง่ายเลยหรือ? นั่นคือสิ่งที่เราเห็น พนักงานยิงใส่เราพร้อมกับเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดในมือ เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสามารถรวบรวมพลังงานรังสีต่อหน่วยพื้นที่บนหน้าผากและรับอุณหภูมิร่างกายของคุณ อุณหภูมิร่างกายมนุษย์อยู่ที่ประมาณ 37 องศา และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจะกระจุกตัวอยู่ในแถบอินฟราเรดเป็นหลัก ดังนั้นวิธีการวัดอุณหภูมินี้จึงเรียกว่าการวัดอุณหภูมิอินฟราเรด เมื่อเห็นเช่นนี้ เราจึงเข้าใจว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดไม่ได้ปล่อยรังสีอินฟราเรดเพื่อวัดอุณหภูมิด้วยตัวมันเอง แต่ร่างกายมนุษย์จะแผ่รังสีอินฟราเรด และเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดจะรวบรวมรังสีอินฟราเรดเหล่านี้
ต้องใช้อะไรบ้างตั้งแต่การยิงปืนไปจนถึงการแสดงตัวเลข?
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดเก็บพลังงานรังสีอินฟราเรดต่อหน่วยพื้นที่บนหน้าผาก และเราก็รู้ด้วยว่าสามารถหาอุณหภูมิได้จากสูตร แล้วเราจะได้ค่าอุณหภูมิที่แสดงบนจอแสดงผลได้อย่างไร เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดประกอบด้วยระบบแสง เครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริค เครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ เอาต์พุตการแสดงผล และส่วนอื่นๆ ระบบออปติคัลจะรวมพลังงานรังสีอินฟราเรดเป้าหมายไว้ภายในขอบเขตการมองเห็นของมัน และพลังงานอินฟราเรดจะมุ่งเน้นไปที่เครื่องตรวจจับแสงและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน สัญญาณไฟฟ้าจะถูกขยาย กรอง แปลงเป็นแอนะล็อกเป็นดิจิทัล และส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ (ไมโครคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กแต่สมบูรณ์ที่รวมอยู่ในชิปซิลิคอน) เพื่อการประมวลผลสัญญาณ หน่วยแสดงผลคริสตัลเหลวจะแสดงค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้
